El modelo de bandera francesa es una definición conceptual de un morfógeno , descrito por Lewis Wolpert en la década de 1960. [2] [3] Un morfógeno se define como una molécula de señalización que actúa directamente sobre las células (no mediante inducción en serie ) para producir respuestas celulares específicas que dependen de la concentración de morfógeno. Durante el desarrollo temprano, los gradientes de morfógenos generan diferentes tipos de células en un orden espacial distinto. El patrón de la bandera francesa se encuentra a menudo en combinación con otros: el desarrollo de las extremidades de los vertebrados es uno de los muchos fenotipos que exhiben Turing superpuesto con un patrón complementario (en este caso, el patrón de Turing). [4]
Descripción general
En el modelo de bandera francesa, la bandera francesa se utiliza para representar el efecto de un morfógeno en la diferenciación celular: un morfógeno afecta a los estados celulares en función de la concentración, estos estados están representados por los diferentes colores de la bandera francesa: las altas concentraciones activan un "azul "gen", las concentraciones más bajas activan un gen "blanco", con "rojo" que sirve como estado predeterminado en las células por debajo del umbral de concentración necesario.
El modelo de la bandera francesa fue defendido por el principal biólogo de Drosophila , Peter Lawrence . Christiane Nüsslein-Volhard identificó el primer morfógeno, Bicoid , uno de los factores de transcripción presentes en un gradiente en el embrión sincitial de Drosophila . Dos laboratorios, el de Gary Struhl y el de Stephen Cohen , demostraron entonces que una proteína de señalización secretada, Decapentaplegic (el homólogo de Drosophila del factor de crecimiento transformante beta ), actuaba como morfógeno durante las últimas etapas del desarrollo de Drosophila . La sustancia gobierna el patrón de desarrollo del tejido y, en particular, las posiciones de los diversos tipos de células especializadas dentro de un tejido. Se propaga desde una fuente localizada y forma un gradiente de concentración a través de un tejido en desarrollo.
Los morfógenos bien conocidos incluyen: factor de crecimiento decapentapléjico / transformante beta , Hedgehog / Sonic hedgehog , Wingless / Wnt , factor de crecimiento epidérmico y factor de crecimiento de fibroblastos .
Algunos de los morfógenos más tempranos y mejor estudiados son factores de transcripción que se difunden dentro de los primeros embriones de Drosophila melanogaster (mosca de la fruta). Sin embargo, la mayoría de los morfógenos son proteínas secretadas que envían señales entre las células.
Los morfógenos se definen conceptualmente, no químicamente, por lo que sustancias químicas simples como el ácido retinoico también pueden actuar como morfógenos.
Dificultades con el modelo de bandera francesa
La base del modelo de bandera francesa es la idea de que un morfógeno forma de forma autónoma un gradiente con células individuales que leen la concentración del gradiente. Luego, las células responden a un nivel específico de gradiente con una diferenciación específica para coincidir con la posición en la que el gradiente indica que se encuentran. Si bien se acepta ampliamente como un modelo importante para comprender la morfogénesis , no todos los biólogos del desarrollo lo aceptan universalmente. Las dificultades con todos los modelos de morfogénesis basados en gradientes fueron revisadas extensamente por Natalie y Richard Gordon e incluyen siete [5] puntos específicos:
- Para mantener un gradiente en estado estable tiene que haber un sumidero, es decir, una forma en la que las moléculas en difusión se destruyen o eliminan a lo largo del camino y / o en algunos límites. Los sumideros rara vez, si acaso, se consideran incluso cuando se invoca el modelo de degradado.
- La difusión debe ocurrir en un espacio confinado si se va a establecer un gradiente. Sin embargo, muchos organismos como el ajolote se desarrollan normalmente incluso si la membrana vitelina y las capas de gelatina se eliminan y el desarrollo ocurre en el agua corriente.
- La difusión depende de la temperatura, pero el desarrollo puede desarrollarse normalmente en una amplia variedad de temperaturas en animales cuyos huevos se desarrollan fuera de la madre.
- Los gradientes de difusión no se escalan bien, pero los embriones vienen en una variedad de tamaños.
- Los gradientes de difusión siguen el principio de superposición. Esto significa que un gradiente de una sustancia en una dirección y un gradiente de la misma sustancia en una dirección perpendicular dan como resultado un gradiente unidimensional en la dirección diagonal, no un gradiente bidimensional. Los biólogos del desarrollo con frecuencia invocan un gradiente bidimensional, aunque un sistema de gradiente bidimensional requiere dos gradientes morfógenos con dos fuentes y sumideros diferentes colocados aproximadamente perpendiculares entre sí.
- Las fluctuaciones en los gradientes siempre ocurren, especialmente a las bajas concentraciones que se encuentran comúnmente durante la embriogénesis, lo que hace que una respuesta específica de una célula individual a determinados umbrales de concentración sea problemática.
- Cada célula tiene que ser capaz de "leer" la concentración de morfógeno con precisión, de lo contrario los límites entre los tejidos se vuelven irregulares. Sin embargo, estos límites irregulares son raros en el desarrollo.
Referencias
- ^ Knabe JF; et al. (2008). Evolución y morfogénesis de organismos multicelulares diferenciados: gradientes de difusión generados de forma autónoma para información posicional . Vida artificial XI: Actas de la XI Conferencia Internacional sobre Simulación y Síntesis de Sistemas Vivientes.
- ^ Wolpert L (octubre de 1969). "Información posicional y el patrón espacial de diferenciación celular". J. Theor. Biol . 25 (1): 1–47. doi : 10.1016 / S0022-5193 (69) 80016-0 . PMID 4390734 .
- ^ Wolpert, Lewis; et al. (2007). Principios de desarrollo (3ª ed.). Oxford [Oxfordshire]: Oxford University Press. ISBN 0-19-927536-X.
- ^ Sharpe, James; Verde, Jeremy (2015). "Información posicional y reacción-difusión: dos grandes ideas en biología del desarrollo se combinan" . Desarrollo . 142 : 1203-1211. doi : 10.1242 / dev.114991 .
- ^ Gordon, NK, Gordon, R. El orgánulo de diferenciación en embriones: el divisor del estado celular Biología teórica y modelado médico, 13 (11) 2016
enlaces externos
- Mosca interactiva
- Flybase
- Modelo de vida artificial de morfogénesis multicelular con gradientes generados de forma autónoma para información posicional
Recursos de NCBI
Del Centro Nacional de Información Biotecnológica :
- OMIM
- PubMed